一种地下水物探用定井装置及方法

摘要

本发明公开了一种地下水物探用定井装置及方法，涉及地下水勘探技术领域，装置包括筒体、超导线圈、液氮仓、电子箱、检测杆、底座、电子接口，其使用方法包括检测装置的调校、底座的调校、电压电流参数调整、检测数据处理和建模，本发明不需要铺设线圈，工作人员只需要带着仪器进行就地测量，操作简单，且操作难度低，质量轻，便于携带和安装，缩短了测量的时间，减少工作人员的工作量，相比于常规线圈，超导线圈的电阻小，产生的电磁场更强，测量深度更深。

说明书

技术领域

本发明涉及地下水勘探技术领域，具体是涉及一种地下水物探用定井装置及方法。

背景技术

地下水探测仪用于勘探寻找基岩水、裂隙水、岩溶水等，已知的探测地下水方法有间接找水法和直接找水法。间接的探测地下水方法有电法、磁法、重力法等物探方法。直接找水法即核磁共振法。

电法找水在各种找水方法中仍是最经济、最有效、应用最广泛的方法。被国内外广泛应用于寻找基岩水、裂隙水、岩溶水等各种类型地下水，亦用于金属与非金属矿产资源勘探、城市物探、铁道桥梁勘探等方面、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中，还能用于地热勘探；

美国地质研究人员研究了用红外线勘测地下水源的工作。据悉，如果地下有水源，则在地表的近处可测出温度变化，据此来判断地下有无水源；

地面核磁共振探测地下水(MRS)方法是人们公认的最直接的探测地下水方法。与其它找水方法相比，MRS方法主要具有以下显著优势：一是直接探测地下水；二是测量获得的信息量丰富且量化；三是经济、无损、快速；

核磁共振是最直接和高效的地下水源勘探方法，受地热影响小，但是实际水源勘探时，核磁共振仪器少有使用，因为核磁共振相比与电法找水和红外线找水而言，设备大，且组装复杂，不适合野外勘探，因此需要一种小型，且便于检测的核磁共振装置对地下水源进行之间勘探。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下水物探用定井装置及方法。

本发明的技术方案是：一种地下水物探用定井装置，包括筒体、超导线圈、液氮仓、电子箱、检测杆、底座、电子接口，所述液氮仓位于所述筒体的内部，所述超导线圈缠绕在液氮仓的内部，所述检测杆有四个，四个检测杆均匀铰接在筒体外壁的上方，所述底座有四个，四个底座均匀铰接在所述筒体的底部；所述电子接口分别与超导线圈和四个检测杆电性连接；

检测杆包括铰接件一、三级伸缩杆、铰接件二、磁感检测头，所述三级伸缩杆的上端通过所述铰接件一与所述筒体外壁铰接，三级伸缩杆的下端通过所述铰接件二与所述磁感检测头铰接；

所述底座包括铰接件三、转动杆、底盘，所述转动杆的上端通过所述铰接件三与所述筒体外壁的下方铰接，所述转动杆的下端与底盘铰接，所述底盘的背面设有连接扣；

所述电子箱包括变压器、低频电流发生器、电脑、箱体、电源端口，所述变压器用于对常规交变电流进行增压，变压器固定安装在所述箱体的底部，所述电源端口电性连接在变压器的左侧，且与外界电源电性连接，所述低频电流发生器用于对常规交变电流进行降频，电性连接在变压器的右侧，且与所述超导线圈电性连接，所述电脑固定在变压器表面，与电源端口电性连接，用于处理检测杆所检测的电信号，并通过电脑屏幕进行成像。

进一步地，所述铰接件一包括铰接座一、转轴一、弹性限位片一，所述铰接座一固定连接在所述筒体的外壁上侧，所述转轴一转动连接在铰接座一上，所述转轴一的中部固定有限位齿轮一，所述弹性限位片一固定在筒体的外壁，且与限位齿轮一抵接，铰接件一的结构便于三级伸缩杆角度的固定，使用便捷。

进一步地，所述铰接件二包括铰接座二、转轴二、弹性限位片二，所述铰接座二固定连接在所述三级伸缩杆的末端，所述转轴二转动连接在铰接座二上，转轴二的中部固定有限位齿轮二，所述弹性限位片二固定连接在所述磁感检测头的外壳上，且与所述限位齿轮二抵接，铰接件二的结构便于磁感检测头角度的固定，使用便捷，操作简单。

进一步地，所述铰接件三包括铰接座三、转轴三、限位螺母，所述铰接座三固定连接在所述筒体的外壁下方，所述转轴三转动连接在所述铰接座三上，所述限位螺母螺纹连接在所述转动杆的外侧；

进一步地，所述连接扣包括滑轨仓、环形扣、弹性槽、贯穿扣，所述滑轨仓固定连接在四个底盘中任意一个底盘的背面，所述贯穿扣有三个，所述三个贯穿扣固定连接在其余三个底盘的背面，所述弹性槽弹性连接在所述滑轨仓的上方，所述环形扣的前端下表面设有限位台，所述滑轨仓的下表面设有限位孔，所述限位台穿过所述限位孔进行限位，连接扣便于底盘折叠后的固定。

进一步地，所述筒体上表面固定连接有提手，筒体外壁上方设有液氮注入口，液氮仓内填充液氮，保证超导线圈工作时的物理环境，减少装置的自发热。

进一步地，所述的装置进行定井的方法，包括以下步骤：

S1：将筒体放置在待测点，将三级伸缩杆向外翻转并拉伸三级伸缩杆，调节三级伸缩杆与筒体角度和四个磁感检测头的水平角度，使四个磁感检测头在同一水平位置；

S2：按下限位台，打开环形扣，将底盘向外翻转，调节限位螺母使筒体下表面与待测点地面保持水平；

S3：接通电源打开电脑，调节变压器参数与低频电流发生器参数，对地下水源进行核磁共振扫描；

S4：将步骤S3得到检测数据作为MRS信号参数进行建模。

所述步骤S3中核磁共振扫描包括以下步骤：

S31：在电脑上设定扫描范围，进行工频谐波建模，搜索工频频点，重复扫描3-5次；

S32：每次扫描后，对四个磁感检测头的信号进行对比处理，提取共同检测信号，除去杂波，进行多次扫描后，对检测的信号进行自相关计算后，进行多组叠加对比计算，用于减小随机噪声对检测结果的干扰。

进一步地，所述变压器可变电压为220v-380v。

进一步地，所述低频电流发生器交变频率为0.8-2Hz。

本发明的有益效果是：

（1）本发明不需要铺设线圈，工作人员只需要带着仪器进行就地测量，操作简单，且操作难度低，质量轻，便于携带和安装，缩短了测量的时间，减少工作人员的工作量，相比于常规线圈，超导线圈的电阻小，产生的电磁场更强，测量深度更深。

（2）本装置采用的方法可以减少环境噪音对测量结果的影响，提高测量的精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明筒体展开时的结构示意图。

图3是本发明筒体的剖面图。

图4是铰接件一的结构示意图。

图5是铰接件二的结构示意图。

图6是铰接件三的结构示意图。

图7是本发明底盘的分布图的俯视图。

图8是图6中A处的放大图。

其中，1-筒体、2-超导线圈、3-液氮仓、4-电子箱、5-检测杆、6-底座、7-电子接口、51-铰接件一、52-三级伸缩杆、53-铰接件二、54-磁感检测头、61-铰接件三、62-转动杆、63-底盘、41-变压器、42-低频电流发生器、43-电脑、44-箱体、45-电源端口、511-铰接座一、512-转轴一、513-弹性限位片一、514-限位齿轮一、531-铰接座二、532-转轴二、533-弹性限位片二、534-限位齿轮二、611-铰接座三、612-转轴三、613-限位螺母、641-滑轨仓、642-环形扣、643-限位孔、644-限位台、645-弹性槽、646-贯穿扣、11-提手、12-液氮注入口。

具体实施方式

实施例1：

如图1-3所示，一种地下水物探用定井装置，包括筒体1、超导线圈2、液氮仓3、电子箱4、检测杆5、底座6、电子接口7，液氮仓3位于筒体1的内部，超导线圈2缠绕在液氮仓3的内部，检测杆5有四个，四个检测杆5均匀铰接在筒体1外壁的上方，底座6有四个，四个底座6均匀铰接在筒体1的底部；电子接口7分别与超导线圈2和四个检测杆5电性连接；筒体1上表面固定连接有提手11，筒体1外壁上方设有液氮注入口12，液氮仓3内填充液氮，保证超导线圈2工作时的物理环境，减少装置的自发热；

检测杆5包括铰接件一51、三级伸缩杆52、铰接件二53、磁感检测头54，三级伸缩杆52的上端通过铰接件一51与筒体1外壁铰接，三级伸缩杆52的下端通过铰接件二53与磁感检测头54铰接；

底座6包括铰接件三61、转动杆62、底盘63，转动杆62的上端通过铰接件三61与筒体1外壁的下方铰接，转动杆62的下端与底盘63铰接，底盘63的背面设有连接扣64；

电子箱4包括变压器41、低频电流发生器42、电脑43、箱体44、电源端口45，变压器41用于对常规交变电流进行增压，变压器41固定安装在箱体44的底部，电源端口45电性连接在变压器41的左侧，且与外界电源电性连接，低频电流发生器42用于对常规交变电流进行降频，电性连接在变压器41的右侧，且与超导线圈2电性连接，电脑43固定在变压器41表面，与电源端口45电性连接，用于处理检测杆5所检测的电信号，并通过电脑43屏幕进行成像。

利用上述装置进行定井的方法，包括以下步骤：

S1：将筒体1放置在待测点，将三级伸缩杆52向外翻转并拉伸三级伸缩杆52，调节三级伸缩杆52与筒体1角度和四个磁感检测头54的水平角度，使四个磁感检测头54在同一水平位置；

S2：按下限位台644，打开环形扣642，将底盘63向外翻转，调节限位螺母613使筒体1下表面与待测点地面保持水平；

S3：接通电源打开电脑43，调节变压器41参数与低频电流发生器42参数，变压器41可变电压为220v，低频电流发生器42交变频率为0.8Hz，对地下水源进行核磁共振扫描；

S31：在电脑43上设定扫描范围，进行工频谐波建模，搜索工频频点，重复扫描3次；

S32：每次扫描后，对四个磁感检测头54的信号进行对比处理，提取共同检测信号，除去杂波，进行多次扫描后，对检测的信号进行自相关计算后，进行多组叠加对比计算，用于减小随机噪声对检测结果的干扰

S4：将步骤S3得到检测数据作为MRS信号参数进行建模。

实施例2：

如图1-3所示，一种地下水物探用定井装置，包括筒体1、超导线圈2、液氮仓3、电子箱4、检测杆5、底座6、电子接口7，液氮仓3位于筒体1的内部，超导线圈2缠绕在液氮仓3的内部，检测杆5有四个，四个检测杆5均匀铰接在筒体1外壁的上方，底座6有四个，四个底座6均匀铰接在筒体1的底部；电子接口7分别与超导线圈2和四个检测杆5电性连接；筒体1上表面固定连接有提手11，筒体1外壁上方设有液氮注入口12，液氮仓3内填充液氮，保证超导线圈2工作时的物理环境，减少装置的自发热；

检测杆5包括铰接件一51、三级伸缩杆52、铰接件二53、磁感检测头54，三级伸缩杆52的上端通过铰接件一51与筒体1外壁铰接，三级伸缩杆52的下端通过铰接件二53与磁感检测头54铰接；

如图4所示，铰接件一51包括铰接座一511、转轴一512、弹性限位片一513，铰接座一511固定连接在筒体1的外壁上侧，转轴一512转动连接在铰接座一511上，转轴一512的中部固定有限位齿轮一514，弹性限位片一513固定在筒体1的外壁，且与限位齿轮一514抵接，铰接件一51的结构便于三级伸缩杆52角度的固定，使用便捷；

如图5所示，铰接件二53包括铰接座二531、转轴二532、弹性限位片二533，铰接座二531固定连接在三级伸缩杆52的末端，转轴二532转动连接在铰接座二531上，转轴二532的中部固定有限位齿轮二534，弹性限位片二533固定连接在磁感检测头54的外壳上，且与限位齿轮二534抵接，铰接件二53的结构便于磁感检测头54角度的固定，使用便捷，操作简单；

底座6包括铰接件三61、转动杆62、底盘63，转动杆62的上端通过铰接件三61与筒体1外壁的下方铰接，转动杆62的下端与底盘63铰接，底盘63的背面设有连接扣64；

电子箱4包括变压器41、低频电流发生器42、电脑43、箱体44、电源端口45，变压器41用于对常规交变电流进行增压，变压器41固定安装在箱体44的底部，电源端口45电性连接在变压器41的左侧，且与外界电源电性连接，低频电流发生器42用于对常规交变电流进行降频，电性连接在变压器41的右侧，且与超导线圈2电性连接，电脑43固定在变压器41表面，与电源端口45电性连接，用于处理检测杆5所检测的电信号，并通过电脑43屏幕进行成像。

利用上述装置进行定井的方法，包括以下步骤：

S1：将筒体1放置在待测点，将三级伸缩杆52向外翻转并拉伸三级伸缩杆52，调节三级伸缩杆52与筒体1角度和四个磁感检测头54的水平角度，使四个磁感检测头54在同一水平位置；

S2：按下限位台644，打开环形扣642，将底盘63向外翻转，调节限位螺母613使筒体1下表面与待测点地面保持水平；

S3：接通电源打开电脑43，调节变压器41参数与低频电流发生器42参数，变压器41可变电压为300v，低频电流发生器42交变频率为1Hz，对地下水源进行核磁共振扫描；

S31：在电脑43上设定扫描范围，进行工频谐波建模，搜索工频频点，重复扫描4次；

S32：每次扫描后，对四个磁感检测头54的信号进行对比处理，提取共同检测信号，除去杂波，进行多次扫描后，对检测的信号进行自相关计算后，进行多组叠加对比计算，用于减小随机噪声对检测结果的干扰

S4：将步骤S3得到检测数据作为MRS信号参数进行建模。

与实施例1相比，实施例2的铰接件一51和铰接件二53的结构，有利于三级伸缩杆52和磁感检测头54角度的固定。

实施例3：

如图1-3所示，一种地下水物探用定井装置，包括筒体1、超导线圈2、液氮仓3、电子箱4、检测杆5、底座6、电子接口7，液氮仓3位于筒体1的内部，超导线圈2缠绕在液氮仓3的内部，检测杆5有四个，四个检测杆5均匀铰接在筒体1外壁的上方，底座6有四个，四个底座6均匀铰接在筒体1的底部；电子接口7分别与超导线圈2和四个检测杆5电性连接；筒体1上表面固定连接有提手11，筒体1外壁上方设有液氮注入口12，液氮仓3内填充液氮，保证超导线圈2工作时的物理环境，减少装置的自发热；

检测杆5包括铰接件一51、三级伸缩杆52、铰接件二53、磁感检测头54，三级伸缩杆52的上端通过铰接件一51与筒体1外壁铰接，三级伸缩杆52的下端通过铰接件二53与磁感检测头54铰接；

如图4所示，铰接件一51包括铰接座一511、转轴一512、弹性限位片一513，铰接座一511固定连接在筒体1的外壁上侧，转轴一512转动连接在铰接座一511上，转轴一512的中部固定有限位齿轮一514，弹性限位片一513固定在筒体1的外壁，且与限位齿轮一514抵接，铰接件一51的结构便于三级伸缩杆52角度的固定，使用便捷；

如图5所示，铰接件二53包括铰接座二531、转轴二532、弹性限位片二533，铰接座二531固定连接在三级伸缩杆52的末端，转轴二532转动连接在铰接座二531上，转轴二532的中部固定有限位齿轮二534，弹性限位片二533固定连接在磁感检测头54的外壳上，且与限位齿轮二534抵接，铰接件二53的结构便于磁感检测头54角度的固定，使用便捷，操作简单；

底座6包括铰接件三61、转动杆62、底盘63，转动杆62的上端通过铰接件三61与筒体1外壁的下方铰接，转动杆62的下端与底盘63铰接，底盘63的背面设有连接扣64；

如图7-8所示，连接扣64包括滑轨仓641、环形扣642、弹性槽645、贯穿扣646，滑轨仓641固定连接在四个底盘63中任意一个底盘63的背面，贯穿扣646有三个，三个贯穿扣646固定连接在其余三个底盘63的背面，弹性槽645弹性连接在滑轨仓641的上方，环形扣642的前端下表面设有限位台644，滑轨仓641的下表面设有限位孔643，限位台644穿过限位孔643进行限位，连接扣64便于底盘63折叠后的固定；

如图6所示，铰接件三61包括铰接座三611、转轴三612、限位螺母613，铰接座三611固定连接在筒体1的外壁下方，转轴三612转动连接在铰接座三611上，限位螺母613螺纹连接在转动杆62的外侧；

电子箱4包括变压器41、低频电流发生器42、电脑43、箱体44、电源端口45，变压器41用于对常规交变电流进行增压，变压器41固定安装在箱体44的底部，电源端口45电性连接在变压器41的左侧，且与外界电源电性连接，低频电流发生器42用于对常规交变电流进行降频，电性连接在变压器41的右侧，且与超导线圈2电性连接，电脑43固定在变压器41表面，与电源端口45电性连接，用于处理检测杆5所检测的电信号，并通过电脑43屏幕进行成像。

利用上述装置进行定井的方法，包括以下步骤：

S1：将筒体1放置在待测点，将三级伸缩杆52向外翻转并拉伸三级伸缩杆52，调节三级伸缩杆52与筒体1角度和四个磁感检测头54的水平角度，使四个磁感检测头54在同一水平位置；

S2：按下限位台644，打开环形扣642，将底盘63向外翻转，调节限位螺母613使筒体1下表面与待测点地面保持水平；

S3：接通电源打开电脑43，调节变压器41参数与低频电流发生器42参数，变压器41可变电压为380v，低频电流发生器42交变频率为2Hz，对地下水源进行核磁共振扫描；

S31：在电脑43上设定扫描范围，进行工频谐波建模，搜索工频频点，重复扫描5次；

S32：每次扫描后，对四个磁感检测头54的信号进行对比处理，提取共同检测信号，除去杂波，进行多次扫描后，对检测的信号进行自相关计算后，进行多组叠加对比计算，用于减小随机噪声对检测结果的干扰

S4：将步骤S3得到检测数据作为MRS信号参数进行建模。

与实施例2相比，实施例3中铰接件三61的结构便于底座6角度的调整，且连接扣64的结构在底座6折叠后能有效固定底盘63；对比实施例1-3中，利用本装置进行实地测量时，以实施例3的测量精度最高。

以上实施例中，磁感检测头54、变压器41、低频电流发生器42、电脑43、电源端口45、电子接口7均为市售产品，只要能实现本发明的功能即可，本领域技术人员可根据常规常识选择使用，在此不做特殊限定。